آموزش طراحی تابلو برق

• مرضیه ابراهیمی
• • تأسیسات ساختمان

آموزش فارسی طراحی تابلو برق 

مقدمه:

بحث تابلوهای الکتریکی شامل مجموعه‌ای از مطالب متنوع بوده و گردآوری آن‌ها در یک مجموعه کار دشواری است و به همین دلیل کتابی با این عنوان موجود نمی‌باشد. در مجموعه حاضر مطالبی در مورد کلیات تابلو شامل انواع تابلو و موارد کاربرد هر یک از آن‌ها قطعات تشکیل‌دهنده تابلو مانند روش محاسبه تجهیزات نصب‌شده در درون تابلو و برآورد ابعاد تابلو گردآوری‌شده است.

تابلو چیست؟

تابلو عبارت است از فضایی که تجهیزات برقی در آن نصب می‌شوند. در تعریف تابلو لزومی ندارد آن‌ها حتمأ یک فضای بسته فلزی بدانیم بلکه فضای بسته فلزی، نوعی از تابلو محسوب می‌شود. مشکلات ناشی از نصب تجهیزات و خطرات ناشی از عوامل محیطی و پدیده‌هایی مانند اتصال کوتاه که در تجهیزات الکتریکی روی می‌داد و در دسترس بودن تمام قسمت‌های برق‌دار از سوی اپراتور، سازندگان را بر آن داشت تا ایمنی بیشتری را تأمین کنند، ازاین‌رو تابلو به شکل محفظه بسته طراحی شد تا تجهیزات داخل آن غیرقابل‌دسترس باشند.

مراحل کلی ساخت تابلو:

۱- بخش فلز و جوشکاری:

به‌طورکلی نوع دستگاه‌های استقراریافته در این بخش ادوات سنگین فلزکاری هست که به ترتیب عبارت‌اند از:
گیوتین برش – پانچ‌های ۱۲ و ۸ تنی – خم ۴۰ تنی از نوع دیجیتالی – خم دستی دستگاه مته‌کاری – دستگاه سه‌کاره برش – دستگاه جوش ۲۵۰ سنگ فرز
همه قطعات ابتدا وارد بخش برش شده و به اندازه‌های مطلوب مطابق نقشه درمی‌آیند. سپس با توجه به فرم و وضعیت موردنیاز برای هر قطعه به بخش‌های پانچ و خم‌کاری و مته‌کاری برده می‌شود.
قطعات خارج‌شده از این بخش وارد بخش جوشکاری می‌شود در این بخش قطعات مختلف ورودی، با توجه به نیازشان جوشکاری می‌شوند. برای از بین بردن اثر خال‌جوش‌ها و به‌منظور یکنواخت کردن سطح فلز در رنگ‌کاری بخش‌های جوشکاری شده خارجی را به بخش فرزکاری می‌برند در این بخش سطوح جوشکاری خارجی را توسط سنگ فرز صاف می‌کنند این مرحله پایان کار بخش فلزکاری و تأمین یا تغذیه ورودی بخش رنگ‌کاری هست.

۲- رنگ‌کاری:

قطعات ساخته‌شده در بخش فلزکاری پس از پرداخت‌کاری وارد بخش رنگ‌کاری می‌شود در این بخش از رنگ‌های ساده برای محیط باز و رنگ‌های چرمی برای محیط بسته استفاده می‌شود پودر رنگ را در داخل دستگاه رنگ‌پاش ریخته و آن را با ولتاژ ۲۰ kv باردار می‌کنند و بدنه تابلو را به زمین متصل می‌کنند و عمل پاشش را انجام می‌دهیم و بعد آن‌ها را از آویزان می‌کنیم تا رنگ کمی خود را بگیرد و خشک شود. سپس قطعات نیمه‌خشک شده را به منتقل می‌کنیم و در درجه حرارت ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد در مدت ۲۰ دقیقه قرار می‌دهیم.

۳- مونتاژ بدنه و اسکلت داخلی:

در این بخش کلیه قطعات رنگ‌آمیزی شده با توجه به مکان‌هایی که برای آن‌ها مشخص‌شده به همدیگر متصل می‌شوند. البته در مونتاژ بدنه به خاطر ترانسی که در ساختمان قطعات وجود دارد و همچنین عدم اطمینان پانچ زنی در مرحله فلزکاری بعضی از سوراخ‌کاری‌ها در این بخش روی قطعات صورت می‌گیرد.

۴- مونتاژ الکتریکی:

بدنه و اسکلت مونتاژ شده در بخش مونتاژ وارد این بخش می‌شود و در این بخش کلیه ادوات الکتریکی شامل، فیوز، کلید، کنتاکتور، رله پریز، فتوسل، لامپ و شینه ها روی اسکلت داخلی تابلو نصب می‌شود و این اسکلت داخلی، روی پایه‌های داخلی تابلو نصب می‌شود. البته در مورد داخل تابلو باید توضیح داد که این شینه ها از که به‌صورت کلاف هستند در بخش با توجه به اندازه‌های موردنیاز بریده و خم و سوراخ می‌شود و روی آن قرار می‌گیرد سپس مدار توسط تکنسین برق تست می‌شود و تابلو تکمیل‌شده به انبار مربوطه منتقل می‌شود.

آشنایی با اجزا و عملکرد تابلو برق:

• روشنایی و لامپ‌ها:

الف- لامپ‌های سیگنال

لامپ‌های علامت دهنده یا لامپ‌های سیگنال در کلیه دستگاه‌های صنعتی و تابلوهای توزیع و تابلو فرمان به کار می‌روند. نوع استفاده از این لامپ متفاوت است. این لامپ به‌عنوان لامپ خبر استفاده می‌شود و می‌توان روشن بودن، خاموش بودن و یا عیب دستگاه و…را نشان دهد. چراغ‌های مورداستفاده در مدار فرمان، یک چراغ کم قدرت است که با ولتاژهای مختلف از ۲۴ تا ۲۲۰ ولت کار می‌کند. این چراغ‌ها معمولاً در سه رنگ استاندارد قرمز، سبز و نارنجی ساخته می‌شوند. البته رنگ آبی و سفید هم وجود دارد اما کمتر استفاده می‌شود. برای مثال در کارخانه‌ای که تعداد زیادی موتور درآن‌واحد مشغول به کار بوده و فواصل آن‌ها تا تابلوی کنترل نسبتاً زیاد باشد، از چراغ قرمزی که توسط کنتاکت بازی از کنتاکتور اصلی موتور روشن می‌شود استفاده می‌کنند. با استفاده از کنتاکتهای باز کنتاکتور می‌توان چراغ سبزی را که نمایشگر حالت خاموشی مدار است روشن نمود. در نقشه‌ها برای نمایش چراغ سیگنال از حرف h استفاده می‌شود.

ب-لامپ های روشنایی:

از این لامپ‌ها برای روشنایی درون تابلو برق و همچنین روشنایی محیط کارگاه و کارخانه استفاده می‌شود این لامپ‌ها انواع شکل‌ها را شامل می‌شوند اما دو نکته مهم هست.

الف- زمان روشن شدن لامپ‌ها که این موضوع با فتوسل انجام می‌شود.

ب- به‌صورت تکی یا گروهی روشن شدن لامپ‌ها که در بخش طراحی اولیه و محاسبه قطعات بحث خواهد شد.

روشن-خاموش کردن تک‌به‌تک لامپ‌ها:

روشن- خاموش کردن لامپ‌ها به‌صورت گروهی:

• کلید محافظ (می‌تواند فیوز کاردی، مینیاتوری، کلید حرارتی و…باشد):

کلید محافظ بسته به نوع و کارکرد موتور، معمولاً از ۱٫۵ تا ۱٫۸ برابر جریان موتور (جریان نامی)، بالاتر گرفته می‌شود. وظیفه آن حفاظت از اتصال کوتاه و اضافه‌بار است.

توجه: بحث محاسباتی و انواع فیوزها در قسمت طراحی اولیه و محاسبه قطعات به‌صورت کامل تشریح می‌شود.

• رله کنترل فاز:

فقط در سه فاز کاربرد دارد وهمان طور که از نامش پیدا است وظایف زیر را بر عهده دارد:

• در صورت قطع یکی از فازها (دوفازشدن)، فرمان قطع می‌دهد.
• در صورت افت ولتاژ شبکه از حد مجاز مثلاً ۳۶۰ ولت فرمان قطع می‌دهد.
• در صورت بالا رفتن ولتاژ از حد مجاز مثلاً ۴۲۰ ولت، فرمان قطع می‌دهد.
• در صورت اختلال درصد تقارن فاز، فرمان قطع می‌دهد.

نکته: کنترل فاز هنگام اضافه جریان عمل می‌کند، اضافه جریان ممکن است در اثر قطع یکی از فازها یا کم شدن ولتاژ یا اضافه‌بار ناگهانی صورت گیرد.

روش نصب:

R S T -1 سه فاز ورودی را به ترمینال وصل می‌کنیم.

-۲ (A-1, A-2) تغذیهٔ ۲۲۰ ولت هست.

۳- کنتاکتهای باز و بسته ۱۸-۱۶-۱۵ می‌باشد که فرمان قطع و وصل را می‌دهند.

درصورتی‌که ۴ شرط بالا رعایت شود رله, تیغه ۱۵ و ۱۶ را باز و ۱۵ و ۱۸ را بسته می‌کند.

نمای داخلی و نحوه نصب به موتور:

• رله زمانی (تایمر):

تایمرها در انواع الکترونیکی, نیوماتیکی موتوری, بیمتالی, هیدرولیکی ساخته‌شده‌اند. اما استفاده آن‌ها در صنعت برای قطع یک تیغه و وصل تیغهٔ دیگری است. مثلاً درراه اندازی ستاره مثلث از این تایمرها استفاده می‌شود.

تایمر به‌طورکلی دو نوع است:

• on delay
• off delay

:on delay-1 عملکرد آن به‌محض برق‌دار شدن بو بین، شروع می‌شود.

off delay-2: عملکرد آن به‌محض قطع کردن برق از بو بین، شروع می‌شود.

سه فاکتور اصلی در تایمر: بوبین – تایم – کنتاکت

یعنی بسته به نوع و کاربرد آن درمدار، عملکرد هر یک از آن‌ها تعیین می‌شود.

مثلاً:

-همین مراحل برای off delay هم وجود دارد، فقط جمله:”با قطع برق بوبین ” را با عبارت اول مثال‌های بالا، عوض کنید.

توجه: تکنیک تایمر بادی:

این تایمر عملکرد مکانیکی دارد (بوبین الکتریکی ندارد) یعنی مانند کنتاکت کمکی روی کنتاکتور قرارمیگیرد و توسط اهرمی که به آن متصل است، کار بوبین را انجام می‌دهد.

• رله اضافه‌بار (مغناطیسی):

این قطعه ازنظر کارایی همانند بی متال می‌باشد و می‌تواند بجای آن، در مدار قرار گیرد، یعنی محافظت از موتور در مقابل بار یا جریان اضافه. فقط تفاوت آن با بی متال در نحوه عملکرد است. در بی متال، بار اضافه به‌صورت مکانیکی (دو فلز) وتاثیر حرارتی خط بر آن تشخیص داده می‌شود ولی در کنترل بار، بار جاری در سیم توسط سیم‌پیچ کوچکی سنجیده می‌شود وب صورت سیگنال الکتریکی به کنتاکتهای آن فرمان قطع می‌دهد.

*نکته: رله اضافه‌بار مغناطیسی به رله کنترل بار معروف است.

۶- رله اضافه بار (بیمتال)

در رله های حرارتی ، سه تیغه تعبیه شده که سیم حامل جریان چند حلقه به دور آن پیچیده می شود. در اثر عبور جریان اضافه بار، هادی ها گرم ، حرارات به بی متال منتقل می شود و با عث خم شدن تیغه می شود. حرکت هر یک از بی متالها به اهرمی فشار می آورد و با جا به جا شدن اهرم ، یک میکرو سوئچ که دارای کنتاکت تبدیل باز و بسته است تغییر وضعیت می دهد و مدار فرمان را قطع می کند. این رله ها تنظیم پذیر هستند.

رله بی متال دارای تیغهای بسته ٩۵ و ٩۶ است و همچنین تیغه های ٩٧ و تیغه های باز را شامل میشود.

با تغییر پیچ زیر قاب شیشه ای می توان میزان رنج جریان را برای موتور انتخاب کرد.با دکمه reset بیمتال به حالت اولیه باز میگردد.

بی متال ها در دو نوع تکفاز و سه فاز هستند.بی متال دقیقا زیر کنتاکتور وصل میشود.

بی متال تکفاز یک ورودی برای برق دارد و یک خروجی برق دارد و یک تیغه ی باز و یک تیغه ی بسته دارد.

بی متال سه فاز سه ورودی برای عبور برق و سه خروجی برای خارج شدن برق وارد شده و همچنین یک تیغه ی باز و یک تیغه ی بسته دارد.

۷-کلید حرارتی:

تمام شرایط یک رله بی متال را دارد به اضافه کلید دستی قطع و وصل.

۸- کنتاکتور معمولی:

در مورد کنتاکتور میتوان گفت که یک کلید مغناطیس است که وقتی ولتاژ مورد نظر به آن اعمال میشود یک سری کنتاکت باز را بسته و یک سری کنتاکت بسته را باز میکند.که با استفاده از این خاصیت مدارهای مختلفی میتوان مدارهای زیادی رو طراحی کرد.

ساختمان کنتاکتور:

این کلید از دو هسته به شکل E یا U که یکی ثابت و دیگری متحرک است و در میان هسته ثابت یک بوبین یا سیم پیچ قرار دارد،تشکیل شده است. وقتی بوبین به برق وصل میشود با استفاده از خاصیت مغناطیسی ،نیروی کششی فنر را خنثی میکند و هسته فوقانی را به هسته تحتانی متصل کرده باعث میشود که تعدادی کنتاکت عایق شده از یکدیگر به ترمینال های ورودی و خروجی کلید متصل میشود و یا باعث باز شدن کنتاکت های بسته کنتاکتور بسته کنتاکتور گردد.

در صورتی که مدار تغذیه بوبین کنتاکتور قطع شود ،در اثر نیروی فنری که داخل کلید قرار دارد هسته متحرک دباره به حالت اول باز میگردد .

نکته:کنتاکتورهای با آمپراژ بالا هم وجود دارد که بیشتر برای راه اندازی برق کمپرسورها استفاده می شود. یک نمونه از آن در تصویر زیر دیده می شود.

همانطور که می دانیم کنتاکتور سه ورودی برق برای سه فاز و سه خروجی برای برق سه فاز دارد.همچنین دارای یک تیغه باز و یک تیغه بسته است.البته می توان کنتاکتور کمکی که فقط دارای تیغه های باز و بسته دارد را نیز به آن اضافه کرد.نمونه های کنتاکتور کمکی هم در زیر قرار دارد .

باتوجه به زمان لازم برای وصل بودن کنتاکتورها جریانهای زیر نعریف میشود :

الف  جریان دائمی :

جریانی است که میتواند در شرایط کار نرمال و در زمان نامحدود و بدون قطع شدن از کنتاکتهای کنتاکتور عبور کرده و به آن صدمه ای نزند و حرارت ایجاد شده در کنتاکتها از حد مجاز تجاوز ننموده .

ب  جریان هفتگی :

جریانی است که در شرایط کار نرمال و با هفته ای یک بار اتصال میتوان از کنتاکتهای کنتاکتور عبور کرده و در خصوصیات کار کنتاکتور هیچگونه تغییری پیش نیاورد .

ج  جریان هشت ساعتی :

جریانی است که با اتصال یک بار در هر هشت ساعت در شرایط کار نرمال میتواند از کنتاکتهای کنتاکتور عبور کرده و تغییری در خصوصیات کار کنتاکتور ایجاد نکند ..

جریان کار نامی :

جریان کار نامی یک کنتاکتور جریانی است که شرط استفاده از کنتاکتور را بیان میکند و در رابطه با نوع و مقدار ولتاژ بار میباشد .

جریان اتصال کوتاه ضربه ای:

در مدار فرمان و مدار قدرت کنتاکتور باید از وسایل حفاظتی استفاده نمود تا در صورت اتصال کوتاه بلافاصله مدار قطع شود چون در فاصله زمانی اتصال کوتاه تا قطع مدار توسط وسایل حفاظتی از کنتاکتهای کنتاکتور نیز جریان خیلی زیادی عبور میکند لذا باید کنتاکتها تحمل این جریان را در این زمان کوتاه داشته باشند و به یکدیگر جوش نخورده و یا تغییر فرم ندهند .

مقدار ماکزیمم جریان را در لحظه اتصال کوتاه به Is نشان داده و جریان اتصال کوتاه ضربه ای مینامند .

جریان نامی زمان کم :

مقدار موثر جریانی را که کلید برای زمان یک ثانیه در حالت اتصال کوتاه میتواند تحمل کند بدون اینکه صدمه ببیند جریان نامی زمان کم و یا جریان یک ثانیه تامیده میشود

ولتاژ های نامی :

الف  ولتاژ کار نامی :

مربوط به اتصال دهنده بوده و مقدار ولتاژی است که کنتاکتها میتوانند با جریان کار نامی Ie در این ولتاژ مورد استفاده قرار گیرند .

ب  ولتاژ عایقی نامی

استحکام عایقی بین عضوهای اتصالی را مشخص میکند .

ج  ولتاژ تغذیه نامی :

ولتاژی است که باید به بوبین کنتاکتور اتصال یابد و معمولا مقدار آن روی بوبین کنتاکتور نوشته میشود .

کنتاکتور خازنی:

این کنتاکتورها برای ساخت بانک خازنی مورداستفاده قرار می‌گیرد. با توجه به اینکه سلف یک عنصر مخالفت‌کننده با تغییرات جریان و خازن مخالفت‌کننده با تغییرات ولتاژ است لذا در لحظه وصل از سلف به‌طور ناگهانی جریان عبور نکرده و درنتیجه جرقه‌ای زده نخواهد شد ولی در خازن این قضیه برعکس بوده و در لحظه وصل جریان شدید بوده و به طبع آن جرقه وجود دارد ولی در قطع ازآنجاکه پتانسیل صفحات به پتانسیل منبع رسیده جریان کم و درنتیجه جرقه ملموس نخواهد بود.

و برای جلوگیری از جرقه در هنگام وصل خازن‌ها از سیم‌پیچ‌های جرق گیری در کنتاکتورهای خازنی استفاده می شود.

در کنتاکتورهای خازنی به‌جای ۳ تیغه ۶ تیغه وجود دارد که تیغه‌های جرق گیر چند میلی‌ثانیه زوتر وارد مدار می‌شود.

این کنتاکتورها دارای سه کنتاکت کمکی هستند که حدوداً چند میلی‌ثانیه زودتر از کنتاکت اصلی بسته می‌شوند و با ۶ عدد مقاومت سری هستند که پیک جریان را محدود به جریان نامی کنتاکتور می‌نماید با وصل کنتاکت اصلی مدار فرعی اتصال کوتاه می‌شود.

سیم‌های حلقوی هستند که همانند سلف در مقابل تغییرات جریان می‌ایستند.

بعد از بسته شدن کنتاکت های اصلی و اتصال کوتاه شدن مقاومت‌ها کنتاکت های کمکی مجدداً باز می‌شوند و این کنتاکتورها به کنتاکتورهای AC6-B معروف هستند.

البته بسته به نوع مارک کنتاکتور می‌تواند کنتاکتور دقیقاً مثل شکل بالا نباشد اما در کل کنتاکتورهای خازنی ازنظر جرقه در لحظه وصل محافظت می‌شوند.

چرا باید از کنتاکتورهای خازنی استفاده کرد؟

یک خازن دقیقاً در لحظه کلید زنی کاملاً رفتاری همانند اتصال کوتاه از خود نشان می‌دهد. این امر باعث ایجاد جریان هجومی شدید در لحظه سوئیچینگ خازن در شبکه می‌گردد. جریان هجومی ارتباط مستقیمی با ولتاژ در لحظه کلید زنی، امپدانس کابل‌ها و ترانسفورماتورهای تغذیه دارد.

در حالت استفاده از یک خازن منفرد، جریان شارژ در زمان کلید زنی به ۳۰ برابر جریان نامی خازن می‌رسد. در صورت استفاده از بانک‌های چند پله‌ای، جریان هجومی به بیش از ۱۸۰ برابر جریان نامی خواهد رسید. این جریان زیاد که از منبع تغذیه و خازن‌هایی که قبلاً شارژ شده، کشیده می‌شود از کنتاکتور عبور خواهد کرد. جریان هجومی با دامنه بالا، ناخواسته بوده و باعث جوش خوردن کنتاکتور معمولی خواهد شد.

در صورت استفاده از کنتاکتور ۳ AC در لحظه وصل خازن پیک جریان هجومی از رابطه زیر به دست می‌آید.

کمپکت:

کلیدهای قطع و وصل زیر بار هستند که آمپراژ بالایی از آن‌ها عبور می‌کند و همچنین از باس بار (شین) برای عبور جریان از آن‌ها استفاده می‌شود.

فتوسل:

فتوسل وسیله‌ای است که نسبت به نور حساس بوده و با برخورد شعاع‌های نوری با صفحه آن از خود ولتاژی تولید می‌کند و از تولید این ولتاژ می‌توان رله‌ای را بکار انداخت که مداری را قطع یا وصل کند. طرز کار کلید فتوسل بدین‌صورت است که وقتی روز است، فتوسل ولتاژی را تولید می‌کند که این ولتاژ تولیدی به رله‌ای فرمان می‌دهد که مدار روشنایی معابر را قطع کند. با تاریک شدن هوا چون نوری وجود ندارد، فتوسل دیگر ولتاژی تولید نمی‌کند و جریانی به رله نمی‌رسد که دستور قطع لامپ‌های معابر را بدهد، درنتیجه لامپ‌های معابر روشن می‌شود.

لازم به تذکر است که همراه با فتوسل یک تقویت‌کننده وجود دارد که تغییرات جریان در اثر نور تقویت می‌کند و رله بکار می‌اندازد.

نحوهٔ راه‌اندازی و وصل آن به یک کنتاکتور برای روشن کردن گروهی از لامپ‌ها در شکل زیر نشان داده‌شده است.

ترموفیت:

شین‌ها با پوشش پلاستیکی ترموفیت به رنگ‌های آبی؛ قرمز و زرد مشخص می‌گردند.

بست کمربندی ولوله خرطومی و ریل مینیاتوری و داکت و حروف و اعداد پلاستیکی و کابلشو:

بست کمربندی برای محکم کردن چند سیم بکار می‌رود.

لوله خرطومی برای قرار دادن چندین سیم در کنار هم به‌صورت تابیده‌شده بکار می‌رود. البته در دو جنس فلزی و پلاستیکی است که اصولاً از جنس پلاستیکی استفاده می‌شود.

ریل مینیاتوری هم برای قرار دادن کلیدها و کنتاکتور و بی متال plc, و سایر اجزای تابلو برق بر روی آن مورداستفاده قرار می‌گیرد.

وظیفه داکت آن است که تمامی سیم‌ها از آن عبور کند تا زیبایی به تابلو برق بدهد.

حروف و اعداد پلاستیکی برای شماره‌گذاری بر روی سیم برای یافتن مسیر اتصال سیم است.

از کابلشو به‌منظور اتصال هادی کابل به شینه و کنتاکتورها و سایر محل‌های اتصال موردنیاز استفاده می‌شود. جنس کابلشو برای کابل‌های مسی, مس قلع اندود و برای کابل‌های آلومینیومی, از آلومینیوم است.

مرضیه ابراهیمی